质量改进与实验设计

质量改进与实验设计2023/2/211第一页，共四十三页，2022年，8月28日同样的产品比价格同样的价格比质量同质同价比服务——企业竞争用语2023/2/212第二页，共四十三页，2022年，8月28日第七章质量改进与实验设计2023/2/213第三页，共四十三页，2022年，8月28日本章内容§1.质量改进§2.试验设计2023/2/214第四页，共四十三页，2022年，8月28日§1.质量改进坚持不断的质量改进是质量管理的基本特点。“质量改进永无止境”是质量管理的基本信念。通过改进质量改善过程中各环节的工作，才能使产品、服务质量不断提高，从而使企业不断地保持竞争的优势。一、质量改进概述

二、质量改进的管理三、质量改进的步骤四、质量改进的支持工具和技术2023/2/215第五页，共四十三页，2022年，8月28日一、质量改进概述（一）质量改进的概念（二）质量改进的原则（三）质量改进的环境2023/2/216第六页，共四十三页，2022年，8月28日（一）质量改进的概念质量改进（Qualityimprovement）是指“为了本组织和它的顾客双方的利益，在组织中采取措施以提高各项活动和过程的效果和效益”（ISO8402-1994）；质量改进被定义为“质量管理的一部分，致力于满足质量要求的能力”（ISO9000-2000）。2023/2/217第七页，共四十三页，2022年，8月28日（二）质量改进的原则质量改进是通过过程的改进来实现的。为了实现持续的改进，企业应不断主动进行改进，而不仅仅是被动地等待问题出现了才去进行改进。这样:一方面，出现了问题就应立即采取纠正措施；另一方面，通过寻找改进的机会，也可预防问题的出现。由于预防和纠正措施改进了过程，因而它们对质量改进至关重要。这就是进行质量改进应遵循的基本原则。2023/2/218第八页，共四十三页，2022年，8月28日（三）质量改进的环境1．管理职责和领导;2．价值观、态度和行为准则;3．质量改进的目标（效果和效率）;4．交流和合作;5．表扬与批评;6．教育和培训。2023/2/219第九页，共四十三页，2022年，8月28日二、质量改进的管理（一）质量改进的组织工作（二）质量改进的策划

（三）质量改进的措施2023/2/2110第十页，共四十三页，2022年，8月28日（一）质量改进的组织工作质量改进工作的展开：一是从部门内部寻求质量改进的机会；二是从横向跨部门的过程中寻求质量改进的机会。组织质量改进工作时：首先要提出方针、策略和质量改进的主要目标；明确为满足需要和实现目标的总的方法、支持手段、协调各项质量改进活动的方法;为质量改进提供人力、物力、财力的措施等。质量改进的组织形式:大型企业往往要成立质量改进委员会，并由综合的管理部门或技术部门负责进行质量改进的计划、组织、指导、协调工作和改进的诊断工作。具体实施某项质量改进时，通常要成立质量改进小组。该小组的任务是研究制订改进项目的计划，并负责计划的执行。小组成员一般来自企业不同的部门。2023/2/2111第十一页，共四十三页，2022年，8月28日（二）质量改进的策划为达到预期的质量改进目标，必须要制定质量改进计划。质量改进计划一般可分为年度质量改进计划和质量改进项目实施计划两类。企业领导者应以最大限度地减少质量损失（qualitylosses，指因未认识到过程中的潜在资源而导致的损失）作为质量改进的目标，并将其纳入年度质量改进计划。年度质量改进计划的重点是新开辟的改进领域和改进工作进展不力的领域。企业中的每个职工，乃至企业的供应方及顾客都应以不同的方式参与质量改进计划的制订，这样可以大大增加改进的机会。年度质量改进计划一般通过一系列的、特定的质量改进项目或活动来实施，所以对于具体的改进项目要分别制订质量改进项目实施计划。2023/2/2112第十二页，共四十三页，2022年，8月28日（三）质量改进的措施（1）要把满足内、外部顾客的需要放在首位；（2）质量改进要贯穿于从企业到顾客的整个供应链；（3）向全体职工明确企业领导的质量责任和各级管理人员的责、权、利情况；（4）强调不断进行质量改进是每一个职工的重要工作内容；（5）通过改进过程来解决问题；（6）不断地改进所有过程；（7）注重建立信息、资料的交流渠道；（8）促进各部门和各个工作人员之间的相互合作和尊重；（9）强调用事实来说话，根据对定量、定性资料的分析进行决策。2023/2/2113第十三页，共四十三页，2022年，8月28日三、质量改进的步骤改进项目或活动通常起始于改进机会的发现，而改进机会的发现则又基于对质量损失的度量和（或）与同行业中领先企业进行对比分析。问题一旦明确，质量改进项目或活动就可以通过一系列步骤向前推进，并通过采取预防或纠正措施来完成，最终使该过程达到和保持新的、更高的水平。实施质量改进的一般步骤如下：（一）质量改进项目或活动确立（二）调查可能的原因（三）确定因果关系（四）采取预防或纠正措施（五）对改进进行确认（六）保持成果（七）继续改进上述质量改进的步骤也就是一个PDCA循环。将PDCA循环用于持续的质量改进，就能使产品、服务质量不断提高到更高的水平。2023/2/2114第十四页，共四十三页，2022年，8月28日四、质量改进的支持工具和技术在质量改进项目和活动中，以实际状况和资料的分析为基础进行决策是很重要的，需要正确地运用有关方法和技术。下表中列出的方法和技术，主要用于确立质量改进项目或活动时去分析问题和寻找问题，其中包括:分析定量资料的方法;分析定性资料的方法。在实施质量改进时，除了发现问题要用到有关的方法和技术外，对于怎样解决问题有时也需要用到一些有关的方法和技术。实验设计法就是帮助我们找出怎样解决问题的途径的一种十分重要的工具。2023/2/2115第十五页，共四十三页，2022年，8月28日用于定性资料的方法和技术方法和技术在质量管理方面的应用分层图将大量的有关某一特定主题的意见、观点或想法分类汇总。水平对比把一个过程与公认的占领先地位的过程进行对比，以确定质量改进的机会。头脑风爆法确定问题可能的解决办法和潜在质量改进的机会。因果图分析和表达因果关系；根据症状分析原因，也包括分析解决问题的办法。流程图说明现有的过程；设计新过程。树图列出某主题与其组成要素之间的关系。2023/2/2116第十六页，共四十三页，2022年，8月28日用于定量资料的方法和技术方法和技术在质量管理方面的应用控制图控制——过程是否处于稳定状态，以及适当调整；诊断——确定引起过程不稳定的异常因素；确认——确认某过程的改进。直方图显示波动的形态；直观地给出有关过程情况的信息；确定在何处进行改进工作。排列图按重要性顺序显示出每一项目对整个问题的作用，确定改进的机会。散布图发现和显示两组相关数据之间的关系，确定两组相关数据之间预期的关系。试验设计合理安排实验，科学分析试验结果。2023/2/2117第十七页，共四十三页，2022年，8月28日§2.实验设计一、概述实验设计的必要性工业实验的目的实验包括的阶段实验设计实验实施实验结果分析实验设计的原则

二、实验设计单因子实验设计（略）实验方法数据的构造模型方差分析平方和的计算最优水平的计算二因子实验设计（略）有重复的二因子实验无重复的二因子实验正交实验设计2023/2/2118第十八页，共四十三页，2022年，8月28日（一）实验设计的必要性——以实例说明为了提高某化工产品的纯度，关心的问题是反应温度对产品纯度的影响。这时可按反应温度对产品纯度的数据进行分层，研究与各温度层次对应的纯度值；也可以利用回归分析确定反应温度与纯度之间的经验关系等等。不过，这样获得的结论是有条件的。当反应温度以外的其他生产条件不同时，结论也可能不同，即此时得不到反应温度与纯度之间的真正的关系。当质量特性值受多种条件（因素）影响时，原则上虽可以对质量数据多重分层，但同时会产生在某些条件组合下没有数据的新问题，使分析无法进行。因此，要探明生产条件与质量特性值之间的真正关系，需要按预定计划进行实验，采集必要的数据。这时就要应用实验设计法这一工具了。2023/2/2119第十九页，共四十三页，2022年，8月28日（二）工业实验的目的进行工业实验的目的主要是：为了搞清楚生产条件或其他因素影响质量特性值的规律性，找出最佳条件组合，从而保证与提高产品质量。既提高产品的固有质量水平，又降低产品成本。2023/2/2120第二十页，共四十三页，2022年，8月28日（四）实验设计的原则重复实验原则

是指在相同的实验条件下，通常应重复实验两次以上。在实验过程中，虽然对确定的实验条件要进行严格控制，但仍可能会由于偶然性原因而造成偶然误差（randomerror），另外，受确定的实验条件以外的一些因素的影响，也可能会造成实验误差。遵循该原则，主要是为了对实验结果进行分析时能定量地评价误差的大小。实验顺序随机化原则实验结果除了可能受偶然误差影响之外，还可能受系统误差（systematicerror）的影响。通过实验顺序随机化，系统性误差可变为偶然性误差了。分块实验原则就是对每一个实验对象创造相同的实验条件；遵循分块实验原则进行实验，就是要消除系统误差对实验结果的影响。2023/2/2121第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日二、正交实验设计无交互作用的正交实验有交互作用的正交实验交互作用是指各因素之间存在相互影响和相互制约关系实验数据显示各因子的综合效果不等于各因子效果的单纯叠加时，因子之间存在着交互作用

2023/2/2122第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日1.正交实验的优点由于产品质量受多种因素的影响，所以在工业生产中常常需要取多个因子进行实验。因子个数为2和3时，实验规模较少。但因子数大于3时，实验规模将变得很大。例如有5个因子，每个因子取5个水平，对全部水平组合都进行实验，则一共要做55＝3125次实验。要做这么多次实验，所耗时间、人力、物力、财力都将十分庞大，这实际上是不可能的。即使因子及水平数较少时，要做全部实验也不一定是必要的。另外，在有多个因子的情况下，如果搜集有关因子之间有交互作用的情报，可以只对其中一部分进行实验。这里要说明的是，利用正交表安排实验时，一般不考虑三个因子以上的交互作用（把它们作为误差处理）。这是因为，三个因子以上的交互作用一般数值较小，技术上分析起来也很困难。2023/2/2123第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日2.正交表的结构正交表是一种规格化的表格，是进行正交实验设计的工具。常用的正交表有二水平正交表、三水平正交表和混合型正交表等。其中二水平正交表是最简单的正交表。它用于安排每个因子都是两个水平的多因子实验。正交表记号：L8（27）“L”表示正交表；L右下的“8”表示该表共八行，即利用此表安排实验时，总共要做八次实验；括号内的“2”表示是二水平正交表，即每个因子都有两个水平；括号内的指数“7”表示有七列，即利用此正交表最多可以安排有七个要因的实验。正交表形式2023/2/2124第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日L8（27）列号实验号12345671234567812121212112211221221211222221111212112121122221121122112正交表形式12023/2/2125第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日L9（34）列号实验号1234123456789123123123111222333312231123213132321正交表形式22023/2/2126第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日L8（41

×24）列号实验号12345123456781324132412212112222211112121121211222211正交表形式32023/2/2127第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日3.正交表的特性正交表具有如下特点：1.每一列中，不同的字码出现的次数相等；2.任意两列中，将同一行的两个字码看成有序数字对时，则必然构成完全有序数字对，而且每种数字对出现的次数相等。由于正交表的正交性，试之具有以下两个性质：每一列中各种字码出现相同的次数，这就保证了实验条件均衡地分散在配合完全的位级组合中，因而代表性强，容易出现好条件。任意两列中全部有序数字对出现相同的次数，保证了在各个位级的效果中最大限度地排除了其他因素的干扰，因而能最有效地进行比较，做出展望，这是正交表的整齐可比性。2023/2/2128第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日4.正交实验计划的步骤第一步，明确实验目的，确定实验的考核目标；第二步，挑因素，选位级，制定因素位级表；第三步，选用正交表；第四步，确定实验方案；第五步，实验方案实施；第六步，实验结果分析。2023/2/2129第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日某工件的切削偏差量（毫米）取决于下列因素：切削速度（转/分）刀具数量（把）刀具种类走刀量（毫米/转）因素水平切削速度（转/分）刀具数量（把）刀具种类走刀量（毫米/转）1231（30）2（38）3（56）1（2）2（3）3（4）1（Ⅰ型）2（Ⅱ型）3（常规）1（0.70）2（0.60）3（0.47）试决定最佳切削组合。（一）因子间无交互作用时的正交实验设计例题2023/2/2130第三十页，共四十三页，2022年，8月28日实验方案及结果因素实验号切削速度（转/分）A刀具数量（把）B刀具种类C走刀量（毫米/转）D实验结果偏差量（毫米）1234567891（30）2（38）3（56）1231231（2）112（3）223（4）333（常规）1（Ⅰ型）2（Ⅱ型）2311232（0.60）1（0.70）3（0.47）1323210.3900.1450.3100.2850.3350.3500.2850.0500.315分析2023/2/2131第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日实验结果分析表因素实验号切削速度（转/分）A刀具数量（把）B刀具种类C走刀量（毫米/转）D实验结果偏差量（毫米）1234567891（30）2（38）3（56）1231231（2）112（3）223（4）333（常规）1（Ⅰ型）2（Ⅱ型）2311232（0.60）1（0.70）3（0.47）1323210.3900.1450.3100.2850.3350.3500.2850.0500.315ⅠⅡⅢ0.9600.5300.9750.8450.9700.6500.7800.6451.0400.7450.7900.930Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=2.465=总和R0.4450.3200.3950.185说明：Ⅰ1（0.960）是实验方案中A的1、4、7号实验结果之和，其他以此类推。方案优化直观分析综合分析2023/2/2132第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日5.补充实验补充实验的必要性：位级值的确定出现较大的实验结果差异。补充实验的可能性：实验条件和（或）实施技术的实际可行性。补充实验的经济性：实验和（或）实践能带来较大的经济效益。该案例中，由于增加刀具数量受限制，改变刀具种类也较难，故这两个因素可暂时分别固定在B3（4把刀具）和C2（Ⅱ型刀）上;对切削速度A因素，可在38转/分和56转/分之间选两个位级，如A4=45转/分和A5=50转/分;走刀量D也可以选两个位级，如D4=0.8毫米/转和D4=0.9毫米/转。这时，只要选L4（23）安排实验即可；或许能够找到更好的方案。2023/2/2133第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日（二）因子间有交互作用时的正交实验设计若两个因子A、B之间存在着交互作用，则用符号“A×B”表示。对于因子之间有交互作用时的正交实验设计，首先应分配有交互作用的因子，并利用交互作用表确定体现它们之间交互作用的列（此列不能再分配给其他因子），然后才能进行没有交互作用的因子的分配。2023/2/2134第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日L8（27）正交表的交互作用表列行12345671234567（1）3（2）21（3）567（4）4761（5）74523（6）654321（7）原因分析2023/2/2135第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日正交表交互作用的分析选取有两个水平的因子A、B、C和D进行实验，若已知A、B之间存在着交互作用，但不考虑其交互影响，依次将A、B、C、D分配在第1、2、3和4列，则得到如下实验组合：（A，B）对C1和C2的影响则为：C1：A1B1A1B1A2B2A2B2C2：A1B2A1B2A2B1A2B1说明C1和C2受（A，B）的影响不是均衡平等的。将C1数据之和与C2数据之和进行比较时，比较的就不是C1和C2的水平效果，其中包含了A与B的组合效果，即受到了AB的影响。实验号12345678实验组合A1B1C1D1A1B1C1D2A1B2C2D1A1B2C2D2A2B1C2D1A2B1C2D2A2B2C1D2A2B2C1D22023/2/2136第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日例1：有四个二水平因子A、B、C、D，根据以往经验，认为A与B、B与C之间存在有交互作用，试利用正交表设计这个实验。解：本实验一共有四个因子和两个交互作用，正交表的列数必须大于6，可以考虑选用L8（27）正交表。首先分配有交互作用的因子。把A因子分配给第1列，B因子分配给第2列，则交互作用A×B体现在第3列，因而第3列不能再分配给其他因子。C因子分配给第4列，则交互作用B×C体现在第6列。第4列和第6列与已确定的第1、3列没有重复，所以C因子的分配可行。D因子与其他因子间没有交互作用，故D因子可以任意分配给剩下的空列（5或7）。如分配给第7列，则因子分配结果见“因子分配表”，实验计划见“实验方案表”。这八次实验应随机确定它们的实验顺序。2023/2/2137第三十七页，共四十三页，2022年，8月28日列号1234567要因ABA×BCB×CD实验号水平组合实验数据12345678A1B1C1D1A1B1C2D2A1B2C1D2A1B2C2D1A2B1C1D2A2B1C2D1A2B2C1D1A2B2C2D2812111362410因子分配表实验方案表2023/2/2138第三十八页，共四十三页，2022年，8月28日实验号原有组合新组合12345678A1B1C1D1A1B1C2D2A1B2C1D2A1B2C2D1A2B1C1D2A2B1C2D1A2B2C1D1A2B2C2D2①D1B1C1A1⑧D2B2C2A2⑥D1B1C2A2